La différence de force de cohésion entre les différentes poudres est due au type et à l'intensité des forces interparticulaires (forces de Van der Waals, forces capillaires, forces électrostatiques, etc.), et ses principaux facteurs d'influence comprennent la taille des particules, la rugosité de la surface, la teneur en humidité et les propriétés des matériaux, ce qui entraîne une force de cohésion qui peut s'étendre sur plusieurs ordres de grandeur (de 10 ⁻⁶ N à 10 ⁻¹ N). Cette différence peut être décrite quantitativement grâce à l'indice de caractéristique d'agrégation, à la tension superficielle et au modèle de correction de rugosité.
Taille des particules : 5 um est la limite clé pour la force de cohésion
Les poudres ultra fines avec une taille de particule inférieure à 5 µm ont un indice caractéristique d'agrégation considérablement accru en raison de leur grande surface spécifique et des forces de Van der Waals dominant la force de cohésion. Des expériences ont montré que lorsque le diamètre des particules diminue de 10 µm à 2 µm, le nombre d'agglomération (le rapport entre la force d'interaction des particules et la gravité) peut être augmenté de trois ordres de grandeur, ce qui entraîne la transition de la poudre d'un état « d'écoulement libre » à un état de « forte agglomération ».
Par exemple, la cohésion denanodioxyde de titane(taille des particules ~ 20 nm) est plus de 100 fois supérieure à celle du dioxyde de titane de taille micrométrique, en raison de la proportion élevée d'atomes exposés à la surface des fines particules et des interactions intermoléculaires plus fortes. Pour les poudres dont la taille des particules est supérieure à 5 µm, la force gravitationnelle dépasse la force de Van der Waals et la force de cohésion est principalement déterminée par la morsure mécanique et le frottement. L'indice caractéristique d'agglomération est proche de 1 et la coulabilité est bonne.
Rugosité de surface : « réducteur cohésif » pour poudre sèche
La force de cohésion des particules à surface lisse provient principalement d'interactions intermoléculaires directes, tandis que les micro-saillies (rugosité> 10 nm) à la surface des poudres réelles affaiblissent considérablement cet effet. Les calculs théoriques montrent que l'adhérence à sec des billes de verre brutes n'est que de 1/10 de celle des sphères lisses, comme le corps micro-convexe protège les forces de Van der Waals, réduisant la surface de contact effective à moins de 10 % de la surface apparente. Par exemple, la poudre d'aluminium sphérique (rugosité de surface Ra=0,1 µm) broyée par flux d'air a une force de cohésion 40 % inférieure et une amélioration de la fluidité plus significative que la poudre d'aluminium irrégulière (Ra=1,2 um) broyée par broyage mécanique.
Teneur en humidité : la force capillaire déclenche une « étape semblable à une croissance » de la force de cohésion
Une petite quantité d’eau (<5 %) va former des ponts liquides entre les particules, générant une cohésion capillaire bien au-delà de l’état sec. Pour la poudre de billes de verre, l'ajout de 0,5 % d'humidité peut augmenter la force de cohésion de 10 ⁻⁵ N à 10 ⁻² N, qui est déterminée par la formule cap-2 πγ LVRcos θ, où la tension superficielle γ - LV et l'angle de contact θ sont des paramètres clés. Par exemple, la force de cohésion du sable de quartz à l’état sec n’est que de 0,01 N. Après avoir ajouté de l'eau à 2 %, la force de cohésion peut atteindre 0,3 N en raison du pontage capillaire, ce qui est suffisant pour former une structure stable de « château de sable ». Mais lorsque la teneur en humidité dépasse 15 %, les particules sont entièrement enveloppées par un film d’eau, et la force capillaire diminue, tandis que la force de cohésion devient dominée par la flottabilité.
Propriétés des matériaux : tension superficielle et effet régulateur des groupes chimiques
La différence d’énergie de surface des différents matériaux se traduit par des valeurs de base cohésives différentes. Par exemple, les poudres métalliques (telles que la poudre de cuivre, énergie de surface γ _SV-1J/m²) ont une force de cohésion 30 fois supérieure à celle des poudres de polymères (telles que le polyéthylène, γ _SV-0,03J/m²). La poudre contenant des groupes fonctionnels spéciaux (tels que la silice hydroxylée) a une cohésion supérieure de plus de 50 % à celle des poudres non polaires similaires en raison de la liaison hydrogène. Les résines à base d'eau telles que le SV-6145 peuvent améliorer la fluidité du revêtement tout en maintenant l'adhérence en réduisant la cohésion (tout en conservant les groupes d'ancrage). Le principe de conception consiste à utiliser des groupes à faible énergie de surface pour affaiblir l’attraction interparticulaire.
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